iOS isa

当一个对象的实例方法被调用的时候,会通过isa找到对应的类,然后在该类的class_data_bits_t中查找方法。
class_data_bits_t是指向了类对象的数据区域。在该数据区域内查找相应方法的对应实现。

在引入元类之后,类对象和对象查找方法的机制就完全统一了。

对象的实例方法调用时,通过对象的isa在类中获取方法的实现。
类对象的类方法调用时,通过类的isa在元类中获取方法的实现。

meta-class之所以重要,是因为它存储着一个类的所有类方法。每个类都会有一个单独的meta-class,因为每个类的类方法基本不可能完全相同。

if arm64

define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL

define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL

define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL

struct {
uintptr_t indexed : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19;

define RC_ONE (1ULL<<45)

define RC_HALF (1ULL<<18)

};

elif x86_64

define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL

define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL

define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL

struct {
uintptr_t indexed : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 8;

define RC_ONE (1ULL<<56)

define RC_HALF (1ULL<<7)

};

关于参数的说明:
第一位index,代表是否开启isa指针优化。index=1,代表开启isa指针优化。

在2013年9月,苹果推出了iPhone5s,与此同时,iPhone5s配备了首个采用64位架构的A7双核处理器,为了节省内存和提高执行效率,苹果提出了Tagged Pointer的概念。对于64位程序,引入Tagged Pointer后,相关逻辑能减少一半的内存占用,以及3倍的访问速度提升,100倍的创建、销毁速度提升。
我们也可以在 WWDC2013 的《Session 404 Advanced in Objective-C》视频中,看到苹果对于Tagged Pointer特点的介绍:

Tagged Pointer专门用来存储小的对象,例如NSNumber和NSDate
Tagged Pointer指针的值不再是地址了,而是真正的值。所以,实际上它不再是一个对象了,它只是一个披着对象皮的普通变量而已。所以,它的内存并不存储在堆中,也不需要 malloc 和 free。
在内存读取上有着 3 倍的效率,创建时比以前快 106 倍。

由此可见,苹果引入Tagged Pointer,不但减少了 64 位机器下程序的内存占用,还提高了运行效率。完美地解决了小内存对象在存储和访问效率上的问题。

苹果将Tagged Pointer引入,给 64 位系统带来了内存的节省和运行效率的提高。Tagged Pointer通过在其最后一个 bit 位设置一个特殊标记,用于将数据直接保存在指针本身中。因为Tagged Pointer并不是真正的对象,我们在使用时需要注意不要直接访问其 isa 变量。

在WWDC2013的《Session 404 Advanced in Objective-C》视频中,苹果介绍了 Tagged Pointer。Tagged Pointer的存在主要是为了节省内存。我们知道,对象的指针大小一般是与机器字长有关,在32位系统中,一个指针的大小是32位(4字节),而在64位系统中,一个指针的大小将是64位(8字节)。
假设我们要存储一个NSNumber对象,其值是一个整数。正常情况下,如果这个整数只是一个NSInteger的普通变量,那么它所占用的内存是与CPU的位数有关,在32位CPU下占4个字节,在64位CPU下是占8个字节的。而指针类型的大小通常也是与CPU位数有关,一个指针所占用的内存在32位CPU下为4个字节,在64位CPU下也是8个字节。如果没有Tagged Pointer对象,从32位机器迁移到64位机器中后,虽然逻辑没有任何变化,但这种NSNumber、NSDate一类的对象所占用的内存会翻倍。如下图所示:

苹果提出了Tagged Pointer对象。由于NSNumber、NSDate一类的变量本身的值需要占用的内存大小常常不需要8个字节,拿整数来说,4个字节所能表示的有符号整数就可以达到20多亿(注:2^31=2147483648,另外1位作为符号位),对于绝大多数情况都是可以处理的。所以,引入了Tagged Pointer对象之后,64位CPU下NSNumber的内存图变成了以下这样:

has_assoc
对象含有或者曾经含有关联引用,没有关联引用的可以更快地释放内存

has_cxx_dtor
表示该对象是否有C++或者Objc的析构器

shiftcls
类的指针。arm64架构中有33位可以存储类指针。

源码中isa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
将当前地址右移三位的主要原因是用于将 Class 指针中无用的后三位清除减小内存的消耗,因为类的指针要按照字节(8 bits)对齐内存,其指针后三位都是没有意义的 0。具体可以看从 NSObject 的初始化了解 isa这篇文章里面的shiftcls分析。

magic
判断对象是否初始化完成,在arm64中0x16是调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间

weakly_referenced
对象被指向或者曾经指向一个ARC的弱变量,没有弱引用的对象可以更快释放

deallocating
对象是否正在释放内存

has_sidetable_rc
判断该对象的引用计数是否过大,如果过大则需要其他散列表来进行存储。

extra_rc
存放该对象的引用计数值减一后的结果。对象的引用计数超过1,会存在这个里面,如果引用计数为10,extra_rc的值就为9。

Objc的类的属性、方法、以及遵循的协议在obj 2.0的版本之后都放在class_rw_t中。class_ro_t是一个指向常量的指针,村相互编译器决定了的属性、方法和遵守协议。 rw-readwrite, ro-readonly
在编译期类的结构中的class_data_bits_t *data指向的是一个class_ro_t *指针:

IMP是一个函数指针,指向的是函数的具体实现。在runtime中消息传递和转发的目的就是为了找到IMP,并执行函数。

class_data_bits_t *data
class_data_bits_t

class_rw_t
const class_ro_t ro --------------
method_array_t methods |
property_array_t properties |
protocol_array_t protocols |
|
class_ro_t
const ivar_list_t
ivars

self和super的区别:
self是类的一个隐藏参数,每个方法的实现的第一个参数即为self。
super并不是隐藏参数,它实际上只是一个”编译标示符“,它负责告诉编译器,当调用方法时,去调用父类的方法,而不是本类中的方法。
在调用[super class]的时候,runtime会去调用objc_msgSendSuper方法,而不是objc_msgSend

在objc_msgSendSuper方法中,第一个参数是一个objc_super的结构体,这个结构体里面有两个变量,一个是接收消息的receiver,一个是
当前类的父类super_class。

objc_msgSendSuper的工作原理应该是这样的:
从objc_super结构体指向的superClass父类的方法列表开始查找selector,找到后以objc->receiver去调用父类的这个selector。注意,最后的调用者是objc->receiver,而不是super_class!

那么objc_msgSendSuper最后就转变成

由于找到了父类NSObject里面的class方法的IMP,又因为传入的入参objc_super->receiver = self。self就是son,调用class,所以父类的方法class执行IMP之后,输出还是son,最后输出两个都一样,都是输出son。

  • (id)init {
    self = [super init];
    if (self) {
    NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
    NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
    }
    return self;
    }

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